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体细胞重编程是将小鼠胚胎成纤维细胞(Mouse Embryonic Fibroblast,MEF)转变成诱导型多能干细胞(induced Pluripotent Stem Cell,iPSC),是体外细胞命运转变的经典模型。细胞命运决定是个体发育过程中最基本的问题,细胞命运转变也是个体发育过程中常见的现象。细胞通过DNA甲基化将自己锁定在特殊的状态,要使细胞命运发生改变,就必须改变DNA的甲基化状态。因此,改变DNA甲基化状态是改变细胞命运的前提。在体细胞重编程中,DNA去甲基化较为明显,然而人们对其机制和重要性知之甚少。 本文对体细胞重编程的表观遗传机制进行了研究。Ten-Eleven Translocation(Tet)家族蛋白是5mC特异的加氧酶,将5mC氧化为5hmC,它和负责碱基错配修复的酶TDG一起可能介导DNA主动去甲基化。已知Tet1缺失后MEF重编程为iPS细胞的效率略微升高;Tet2缺失后MEF重编程为iPS细胞的效率有所下降;Tet3缺失对重编程没有明显的影响。我们发现Tet1,2双敲除(Tet1,2 DKO) MEF仍然可以产生iPS克隆,但是Tet1,2,3三敲除(Tet TKO) MEF完全不能产生iPS克隆。Tet TKO MEF在重编程过程中不能发生MET,控制MET的miR-200 family基因表达不被激活。Tet直接作用在miR-200 family启动子和基因组区域,将其5mC氧化为5hmC,在重编程过程中促进miR-200 family基因表达,从而促进MET。外源表达miR-200c能使Tet TKOMEF发生MET,进而使其可能发生重编程成为iPS细胞,由此可见Tet通过控制miR-200 family基因来调节MET是重编程的关键步骤之一。TDG缺失之后,MEF也不能发生MET,同样外源表达miR-200c能使TDG缺失的MEF发生MET并最终形成iPS细胞。TDG具有切除5fC/5caC的酶活,被认为与Tet共同完成DNA主动去甲基化。重编程过程中很难检测到5fC/5caC,但是当我们在Tet TKO细胞中过表达Tet2C时能在miR-4295端检测到5fC。另外,ES细胞中TDG缺失使miR-4295端5fC/5caC明显积累,表明Tet-TDG通过DNA主动去甲基化调控miR-200 family基因。在Tet1,Tet2,Tet3中,主要是Tet2在重编程过程中起着氧化5mC的作用。多能性基因启动子,如Oct4启动子,在Tet存在的情况下,5mC能被氧化成5hmC并进一步发生去甲基化;而在没有Tet的情况下,只要MEF能越过MET障碍,其启动子也可以通过依赖DNA复制的被动方式发生去甲基化。综上所述,Tet对miRNA的氧化作用,Tet-TDG所介导的DNA主动去甲基化对细胞命运转变至关重要。